部署IPv6面临的问题及解决方法

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　1 部署IPv6面临的问题

　　IPv6针对IPv4的缺陷在网络层做了很大的改变，除了采用128位地址解决IPv4存在的地址资源不足之外，还对报头进行了较大的改进，使之与IPv4的编址方式相比具有更大的灵活性。IPv6只对传输层的TCP、UDP和下层的数据链路层做了很少的修改，这点在工程化过程中非常重要，因为部署单纯的IPv6可以沿用IPv4的经验，甚至比IPv4还要简单。然而，目前部署IPv6还将面临下面两个主要问题。

　　1）IPv6和IPv4的共存与过渡：与IPv4网络的2亿多用户相比，IPv6网络的用户目前实在是少得多。按照因特网中的Robert Metcalfe准则，一个网络的价值与它的节点数目的平方成正比。如果一个网络的应用和服务不够好，就不能吸引用户，不如一个成熟的、完善的网络有吸引力。IPv6要取代IPv4只能采取共存和过渡策略，而共存与过渡的好坏直接决定IPv6的部署能否成功。IPv6和IPv4的共存与过渡需要解决的问题是IPv6网络之间的通信、IPv6网络和IPv4网络之间的通信。

　　2）基于IPv6的杀手应用：缺少杀手级应用是IPv6不能普及的重要原因。

　　针对部署IPv6中存在的问题，IETF和其他组织纷纷提出了相应的技术和方案。

　　2 IPv6和IPv4共存与过渡技术方案

　　2.1 解决IPv6网络之间通信的技术

　　（1）基于码栈IPv4/IPv6的过渡技术

　　基于双栈IPv4/IPv6的过渡技术主要有Dual Stack Model和Limited Dual Stack Model两种，在Dual Stack Model下主机和网络都采用IPv4/IPv6双栈，新的应用编程接口（API）同时支撑IPv4和IPv6地址及DNS请求。应用根据名字检查选择采用IPv4或IPv6协议，IPv4和IPv6地址都可以从DNS返回，应用根据IP业务的类型选择正确的地址，它解决了IPv6网络之间、IPv4网络之间以及IPv4和IPv6网络之间的通信问题，但是要将网络中所有的主机和网络全部升级为双栈是不切实际的，同时也增加了系统和网络的复杂性。Limited Dual Stack Model要求网络和服务器支撑双栈，主机只需要IPv6地址从而节省IPv4地址，解决了IPv6网络之间的通信问题，但是无法解决IPv4和IPv6网络之间的通信问题。

　　（2）基于隧道的过渡技术

　　隧道技术是利用现有IPv4网络的基础设施来连接各个孤立的IPv6网络，IPv6数据包被封装在IPv4包里传输，在隧道的终点进行解封装得到IPv6数据包后再交给相连的IPv6网络。

　　基于隧道技术的过渡方案有手工配置隧道、自动配置隧道、隧道代理、6to4隧道和6over4隧道等。通过IPv4隧道传送IPv6需要配置的内容有隧道接口的本地IPv6地址和隧道两端的IPv4地址。手工配置隧道是通过人工方法来配置隧道；隧道代理则是通过向隧道代理发送隧道请求，由隧道代理将相应配置下发到相应的路由器；自动配置隧道则是通过数据包的IPv4兼容的IPv6地址来确定隧道的端点；6to4隧道则是由6to4路由器向站点分配6to4前缀IPv6地址，由6to4路由器完成隧道封装；6over4将IPv4网络当作具有组播功能的一条链路，通过IPv6组播地址和IPv4组播地址的映射关系实现IPv6协议的邻居发现功能，它要求IPv4网络支撑组播功能。

　　RFC2893中分配给IPv6封装在IPv4中的协议号是41，表示IPv4包里面的上层协议数据是
IPv6数据包。采用隧道方式存在的问题主要有：由于在IPv6数据包前面插入20Byte的IPv4头，可能会造成分段，从而影响性能；ICMPv4错误消息只返回IPv4报头外的8Byte，这样IPv6源站点无法得知IPv6地址信息；协议号41有可能被防火墙过滤掉；IPv6 in IPv4隧道无法穿越一个起用动态端口转换的NAT，在大多数NAT配置中，提供NAT功能的设备并不具备成为隧道路由器的功能。即使NAT设备普遍支撑各种隧道功能，还是有一些应用场合包含多层NAT。

　　针对隧道无法进行NAT穿越，目前已经有Teredo和silkroad两个IETF草案，两者都是利用IPv4 UDP来封装IPv6数据包以完成NAT穿越。

　　（3）基于MPLS的IPv4/IPv6过渡技术

　　当前基于IPv4的MPLS已经比较成熟，可以借助MPLS L2/L3 VPN技术来连接IPv6的网络。基于MPLS技术的过渡方案有在CE路由器上配置隧道、基于MPLS电路的IPv6透传、在PE路由器上起用IPv6（6PE）和基于IPv6的MPLS。在C正路由器上配置隧道方案要求C正路由器支撑双栈，CE和PE之间运行IPv4，CE负责将IPv6数据封装在IPv4中通过MPLS传送到对端的C正路由器；基于MPLS电路的IPv6透传将IPv6的数据包通过Any Transport over MPLS（MPLS/AtoM，基于MPLS的任何传输方式）或Ethernet over MPLS（EoMPLS，基于MPLS的以太网）来传递，路由器需要支撑Atom特性，相当于L2 VPN；6PE方案是在PE路由器上提供双栈功能，IPv6数据包被封装在二层标签里进行传送，外层标签由LDP分发，内层标签由BCP4+分发，相当于L3 VPN；基于IPv6的MPLS是将IPv4的MPLS核心网络升级到IPv6，其核心网的控制平面需要升级到IPv6以支撑核心网的IPv6路由和IPv6的LDP。如果需要提供IPv4/IPv6共存的服务，则需要双控制平面的支撑。

　　2.2 解决IPv4和IPv6网络之间的通信技术

　　实现IPv6网络和IPv4网络之间通信的技术主要有SIIT、NAT-PT、BIA、BIS和TRT等。

　　（1）SIIT

　　SIIT定义了在IPv4和IPv6的分组报头之间进行翻译的方法。这种翻译是无状态的，因此对每一个分组都要进行翻译。这种机制可以和其他的机制（如NAT-PT）结合，用于纯IPv6站点同纯IPv4站点之间的通信，但是在采用网络层加密和数据完整性保护的环境下这种技术不可用。

　　（2）NAT-PT

　　NAT-PT就是进行IPv4/IPv6地址转换（NAT）的同时，在IPv4分组和IPv6分组之间进行报头和语义的翻译（PT）。适用于纯IPv4站点和纯IPv6站点之间的通信。对于一些内嵌地址信息的高层协议（如FTP），NAT-PT需要和应用层的网关协作来完成翻译。在NAT-PT的基础上利用端口信息，就可以实现NAPT-PT，这点同目前IPv4下的NAPT-PT没有本质区别。

　　（3）BIA和BIS

　　BIA技术在双栈主机的SocketAPI模块与TCP/IP模块之间加入一个API翻译器。API翻译
器包含域名解析器、地址映射器和函数映射器3个模块，主机API检测到发出的IPv4 API进行相应的地址映射，调用IPv6的API函数和外部的IPv6主机进行通信。

　　BIS则是采用SIIT的规则在网络层进行包头转换，适用于双栈主机通信。

　　（4）TRT

　　TRT技术是采用一个传输层中继器，将一个IPv4的TCP/UDP连接在传输层和一个IPv6的TCP/UDP连接关联起来，在传输层进行协议和地址的翻译。

　　3 基于IPv6应用的培育

　　IPv4已在全世界得到了广泛应用，要实现由IPv4到IPv6的升级，需要寻找IPv6能带来而
IPv4不能提供的创新应用，并且要能为运营商带来新的业务和新的利润来源。现在的问题是，应用不区分是IPv4的还是IPv6的，因此IPv6的突破口应该是IPv4具有的但由于限制而开展得不好的应用或不能提供的应用。

　　（1）移动IP

　　笔记本电脑、PDA以及手机等移动设备功能的增强以及应用的普及，移动计算已经得到业界越来越多的关注。移动IP协议假定节点的IP地址惟一表示节点和网络的连接点。节点在移动时改变数据链路层接入点而不断开连接，并且还能正确收发数据包。早期移动IP的研究一直是基于IPv4协议体系的，它虽然可以解决节点漫游的问题，但是其应用必将导致大量的移动设备分配IP地址的需求。IPv4协议有限的地址资源显然无法满足这一需求，而IPv6的128位地址编码完全可以适应移动IP的推广，同时IPv6协议中内置的邻居自动发现机制更是可以加速和简化移动节点向代理的注册过程。

　　（2）家庭网络

　　当众多的信息家电通过家庭网关连入网络时，IPv4有限的地址资源无法为所有信息家电分配惟一的IPv4地址，尽管可以利用诸如NAT、私有地址空间等技术来绕过这一限制，但复杂的设置和管理将严重阻碍用户对于新技术的接受程度。另外，安全性问题也是需要考虑的，IPv6则没有这样的限制。

　　（3）在线游戏

　　游戏业是一个很大的产业，仅美国的游戏市场就达到了100亿美金。在线游戏又是游戏业的一个主要的发展趋势，它让玩家能和跨地域的玩伴展开竞赛而不再是局限在同一房间里。由于缺少足够的IP地址资源，IPv4的网络无法满足在线游戏P2P的需求。另外，在线游戏必须支撑固定和移动两种网络接入方式。采用基于IPv6的游戏终端主要是和游戏服务器进行交互，几乎不需要访问大量的IPv4的服务器，这也非常符合IPv6网络早期“相互连接的孤岛”架构。鉴于这些技术和商务的需要，在线游戏如果没有IPv6的支撑肯定无法获得成功。

　　4 结束语

　　在政府的积极推动下，我国的IPv6已进入实质性发展阶段，各种网络之间、不同业务之间的融合将逐步展开，将带动起IPv6市场以及整个产业链的上下游，设备制造商也纷纷推出支撑IPv6的相关换代产品。烽火网络开发的模块化路由操作系统App平台MROS全面支撑IPv4/IPv6双栈和各种过渡策略。它采用可编程网络处理器技术实现线速转发，充分体现兼容共存和平滑升级的特性，通过升级微码App，可在不升级硬件的情况下同时支撑IPv4和IPv6，保护用户投资。